第三章DC-DC变换器

3.1试简述4种基本DC/DC 变换器电路构建的基本思路与方法 1）buck 型DC-DC 电压变换器构建的基本思路：

○

1构建buck 型DC-DC 电压变换器的基本原理电路 输入电压源U i 通过开关管VT 与负载R L 相串联 开关管VT 导通时，输出电压等于输入电压，即u o ＝U i 开关管VT 关断时，输出电压等于零，即u o ＝0

输出电压的平均值为U o =（U i ·t on +0·t off ）/T = D ·U i , 由于D ≤1,U o ≤U i

该电路起到了降压变换的基本功能

U O I i

b)

VT

I O

I i

i

U O

U i

o

u

d)

O

U i

L

R +

-U O L

R I i b)

VT

VT

I O

I i

i

d)

○

2buck 型电压变换电路的输出电压呈方波脉动，为抑制输出电压脉动需要在基本原理电

路的输出端两侧并入滤波电容C L

b)

o i

VT

L

i

L

R

○

3由于U o ≤

U i ，开关管VT 导通时，电压源将对滤波电容C 充电，充电电流很大，相当于输入输出被短路，以至于开关管VT 所受的电流应力大大增加而损坏。为了限制开关管VT 导通时的电流应力，可将缓冲电感L 串入开关管VT 的支路中

d)

o i

VT

L

i

i C

VD

L

L

R

○4开关管VT 关断时缓冲电感L 中电流的突变为0，将感应出过电压，使开关管VT 的电

压应力大大增加，为此需加入续流二极管VD 缓冲电感释放能量提供续流回路

d)

o i

VT

L

i

i C

VD

L

L

R

2）boost 型DC-DC 电压变换器构建的基本思路

○

1构建buck 型DC-DC 电压变换器的基本原理电路 输入电流源I i 通过开关管VT 与负载R L 相并联 开关管VT 关断时，输出电流等于输入电流，即i o ＝I i 开关管VT 导通时，输出电流等于零，即i o ＝0

输出电流的平均值为I o =（0·t on + I i ·t off ）/T = (1-D)·I i , 由于1-D ≤1，I o ≤I i 该电路起到了降流变换的基本功能

L

R +

-

a)

U O I i VT

I O I i

U O

c)

O

U

i

L R +

-

a)

U O L

R I i VT

VT

U O c)

○

2buck 电路的输出支路中串入滤波电感L

L

R +

-

a)o u o

i VT C

i L

R

○

3由于I o ≤I i ，当的开关管VT 断开时，电感L 中电流发生突变，将感应出极高的电压，以至于开关管VT 所受的电压应力大大增加而损坏。为了限制开关管VT 关断时的电压应力，可将缓冲电容C 并入开关管VT 的两端

-

c)u o

VT

C

i VD

L

L

R L

○4开关管VT 导通时缓冲电容两端电压由U o 突变为0，将通过VT 迅速放电，放电电流

很大，使开关管VT 的电流应力大大增加，为此需加入钳位二极管VD ，阻止缓冲电容放电

-

c)

u o

VT

C

i VD

L

L

R L

○5若令变换器电路中的开关管、二极管、电容、电感均为理想无损元件并考虑变换器输

入、输出能量的不变性，得u i i i ＝u o i o ，则buck 型电流变换器在完成降流变换的同时也完成了升压变换。boost 型电压变换和buck 型电流变换存在功能上的对偶性。由buck 型电流变换器电路可以导出boost 型电压变换器

a) 变换器电路中开关管的开关频率足够高时， buck 型电流变换器电路中的输入电

流源支路可以用串联大电感的电压源支路取代

b)

o

u R

+

-

a)

u

VT

C

VD

L

i

u

i

b) 考虑到上述电路中缓冲电容C 的稳压作用以及该电路的电压－电压变换功能，输

出滤波电感L 是冗余元件，可以省略。缓冲电容的作用变换为输出滤波

d)

o

u R

+

-

c)

u

VT

C

VD

L

i

i u

i

3）boost-buck 型DC-DC 电压变换器构建的基本思路

将boost 型、buck 型变换器电路相互串联并进行适当化简，即可构建boost-buck 型变换器